高强混凝土井壁结构的试验研究及其应用

通过对高强混凝土井壁结构模型的试验研究，得到了高强混凝土井壁极限承载能力与混凝土抗压强度之间的相互关系，指出了高强混凝土井壁具有很高的承载能力、且是解决深表土井筒支护的最有效途径。     

基于三参数强度准则的高强混凝土井壁力学特性分析

为了分析高强混凝土井壁的力学特性,采用三参数强度准则推导出了高强混凝土立井井壁极限承载力理论解以及弹性区和塑性区应力与半径和荷载之间的解析表达式,并对计算结果进行了实验的验证。计算分析表明:在弹性区,高强混凝土井壁径向压应力σr随半径r的增大而增大,环向压应力σθ随半径r的增大而减少;在塑性区,径向压应力σr和环向压应力σθ均随半径r的增大而增大。当井壁内半径为4.0 m、厚度为1.0 m、混凝土强度等级为C60时,井壁极限承载力为22.87 MPa,井壁厚度每增加0.1 m,井壁极限承载力增加2.8 MPa左右。同时,混凝土井壁的环向压应力σθ达到164.38 MPa,是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右,表明考虑了混凝土多轴强度影响的三参数强度准则更适用于高强混凝土井壁力学特性分析,为高强混凝土井壁结构的设计计算提供了的理论参考。     

浅析深冻结井高标号混凝土的研究

本文结合调查制定了低温环境下C70混凝土的原料配合方案。结合笔者对某煤矿副井井筒冻结法的具体条件的调查,采取了对井壁混凝土支护的一个实验,既完成了该试验在室内的成功,同时也完成了该副井外层井壁支护在工业应用方面的试验。本文介绍了C60～C70高强高性能混凝土在煤矿深立井施工过程中,在工艺以及质量方面的相关控制措施研究和应用表明,低温高强混凝土井壁在深立井冻结法施工中技术上可行,经济上效益显著。     

高强钢筋混凝土预制弧板井壁力学特性分析

对高强钢筋混凝土预制弧板井壁结构的研究表明，实验结果与数值计算结果基本一致。高强钢筋混凝土预制弧板井壁结构具有很高的承载能力，影响其承载能力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率。在均布荷载作用下，混凝土的强度等级提高10MPa，极限承载力提高1.26MPa。厚径比每增加1%，极限承载力增加085 MPa。增大配筋率对提高其极限承载力作用不大，配筋率增大3倍，极限承载力只增加了0.1MPa。     

姚家山矿千米立井围岩稳定及井壁支护厚度的理论预测研究

以姚家山矿煤层赋存条件为工程背景,采用立井地压的理论预测方法,探讨了千米立井井筒的围岩稳定问题,指出了立井支护的困难段,并预测了立井井壁的支护厚度等参数。得出结论:理论预测50m表土段,井筒围岩最大位移约26mm;在628~632m的泥岩段,其井筒位移约为56.5mm;1 095~1 102m最危险段井筒位移为2 414mm;在立井表土段,预测的井壁支护厚度为135mm;在千米立井地压最大、围岩强度相对较低的煤层段,井壁厚度预测为780mm。结合立井井壁支护的最新研究成果,提出表土段和基岩段采用不同井壁厚度的圆形井壁支护形式。为规划建设中的姚家山矿千米立井开凿与支护提供了基础决策依据。     

特厚冲积层冻结井壁受力机理与设计优化

为解决特厚冲积层冻结井筒的支护难题,对井壁受力机理和设计优化方法进行了探讨.井壁实际受力状态分析表明:特厚冲积层冻结井筒,外层井壁的内缘混凝土处于"拉-压"二向应力状态,其中环向处于压应力状态,竖向则处于拉应力状态;而内层井壁的内缘钢筋混凝土处于"压-压"二向应力状态,其中环向压应力是由静水压力或层间压力引起的,竖向压应力则是由自重应力等引起.根据现行混凝土结构设计规范,提出了特厚冲积层冻结井壁设计优化方法.工程实例应用结果表明:采用这一设计优化方法不但可以减薄井壁总厚13%,而且它与现行国家混凝土结构设计规范相衔接,各项参数取值有法可依,优化后的井壁工作状况正常.     

童亭煤矿主副井破裂调查及其成因分析

在详细调查的基础上,通过对井壁破裂面特征的研究,显示出井壁的破坏荷载是水平作用力、并指出这二个井壁破裂的主要原因是在该煤矿开采后,由于矿井排出新生界底部含水层的水,在表土层底部及基岩风化带内产生较高的动水压力及渗透变形,使井筒遭受不均匀地压所致。     

2种锚杆耦合支护的喷混凝土力学模型

为确定混凝土层受破坏时中性层的位置并探究不同支护方式下锚喷支护参数与围岩自承能力间的关系,以弹性力学理论为手段,分别将湿喷+管缝式锚杆与湿喷+树脂锚杆耦合支护视为简支梁与固支梁模型,得出这2种耦合支护模型的数学解析式;用数值方法得出混凝土层受破坏时中性层偏离质心的位移计算公式;结合莫尔-库仑准则得出巷道围岩自承能力与锚杆间距、混凝土喷层厚度及混凝土强度之间的力学模型;推导得出喷层厚度每增加10 mm,湿喷+管缝式锚杆与湿喷+树脂锚杆模型中岩体自承能力最高分别提高0.01 MPa与0.40 MPa,喷射混凝土的抗拉强度与围岩破坏所需最大主应力间大致呈线性关系,进而为合理优化巷道支护参数提供依据。     

浅谈深厚冲积层及软岩含水地层冻结井筒井壁的结构设计

在深厚冲积层及软岩含水地层超深冻结井筒井壁结构的设计过程中,关于如何选取合适的冻结深度、外荷载,分别从地层的性质和井壁结构的参数及影响因素等方面进行分析,阐述了深厚冲积层及软岩含水地层超深冻结井筒井壁结构设计过程,也为类似地层井壁结构设计提供了参考。     

可缩性井壁接头的竖向稳定性研究

当作用在井壁上的竖向附加力达到一定值时,可缩性井壁接头便产生压缩变形,使积聚在井壁内的竖向应力得以释放,从而可防止井壁破坏。采用ANSYS有限元软件对祁南二矿箕斗井的可缩性井壁接头竖向稳定性进行计算分析,即接头的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。计算结果表明:可缩性井壁接头发生竖向失稳的临界荷载为24.42 MPa,而其竖向极限承载力为20.30MPa,由此可见该可缩性井壁接头不会发生竖向失稳破坏,竖向极限承载力即为设计计算的控制荷载。     

双层钢板混凝土复合井壁设计计算方法研究

通过对双层钢板混凝土复合井壁结构受力分析指出,由于内、外钢板筒的约束作用,中间混凝土层完全处于三轴受压应力状态,混凝土抗压强度得到了较大程度地提高。根据现行混凝土结构设计规范关于多轴应力状态下混凝土强度验算的相关规定,提出了双层钢板混凝土复合井壁设计计算新方法,并得到了模型试验的验证,通过实例计算结果表明,采用这一新方法设计的井壁结构不但安全可靠,而且还可大大降低井壁混凝土的设计强度等级或减薄井壁厚度,解决了特厚表土层钻井井壁结构的设计计算难题。目前,该方法已应用于工程实际的井壁结构设计中。     

瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构模型试验

为了研究瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构在设计内水压力反复作用及超载作用下的结构应力变形规律和超载能力,采用几何比尺为1：10的整体结构模型,对该水电站充水保压蜗壳结构进行了试验研究．结果表明,瀑布沟水电站采用充水保压蜗壳结构型式,在设计荷载2．45MPa内水压力的反复作用下,外围混凝土不会开裂,机墩变形较小;在7．0MPa的超载作用下,结构依然具有较好的整体性,具有较高的超载安全度试验结果还表明,充水保压措施有利于发挥铜蜗壳的承栽能力,有利于降低蜗壳外围混凝土的应力水平,减小机墩变形     

导流隧洞混凝土衬砌结构有限元分析与研究

根据某水电站引水系统实际情况,采用ANSYS三维非线性有限元法,建立其引水系统中南导流隧洞的三维有限元模型,并对其钢筋混凝土衬砌结构进行分析,验证了衬砌方案和支护参数的合理性,提供衬砌配筋计算结果,并论证了现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施.结果表明,南导流隧洞各段衬砌在计算工况下,水平位移最大值为0.256 mm,方向指向隧洞内部;垂直向最大位移为8.443 mm,方向向下;最大第一主应力为拉应力,其值为1.150 MPa;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-1.190 MPa,由于衬砌C25混凝土的抗压强度为11.9 MPa,故衬砌结构安全.但在侧墙与顶拱、侧墙与底板交界处应力值较大,应当采取适当措施加大结构的强度.     

钢纤维高强混凝土井壁极限承载力数值计算

我国新建井筒所穿越的表土层越来越厚,急需提高井壁结构的强度,越来越多的井壁采用钢纤维高强混凝土。将影响该种井壁水平极限承载力的主要因素进行无量纲化,通过数值计算试验,发现了井壁水平极限承载力与影响因素之间的规律,归纳得到了计算公式。     

Study on the Propagation of Interface Crack of Young Concrete Lining and Rock Under Blasting Load

In the construction of water conservancy and hydropower project, young concrete lining structure is often affected by blasting load. Young concrete has a lot of micro-fractures with random distribution, which are easier to propagate and connect under blasting load. This paper focuses on the calculation on dynamic stress intensity factors of bond interface crack of concrete-rock according to concrete age. Result shows that different incidence angles of stress wave lead to different crack propagation mechanisms. Under the normal incidence of impact load, the bonding interface crack propagation of the concrete lining is mainly caused by reflection tensile stress, which forms from the free surface. With horizontal incidence of stress wave, the bond interface crack propagation of concrete lining is affected by concrete age. With the increase of concrete age, the elasticity modulus margin between concrete and rock decreases gradually, and the crack propagation form changes from shear failure to tensile damage.     

斜井冻结凿井数值模拟方法

 为提高ANSYS 软件对斜井冻结凿井模拟的准确度, 提出一种双模型法与改进重叠单元法相结合的数值模拟方法。以某矿主斜井表土冻结段施工为背景, 考虑冻土为弹塑性介质, 建立斜井冻结掘砌平面模型, 采用本方法对掘砌模型进行模拟分析, 并与传统方法进行比较。结果显示, 采用双模型法模拟掘砌模型的初始应力-位移环境, 得到的应力场、位移场与围岩未扰动状态下的理论值吻合;改进重叠单元法模拟井帮完全卸载后支护井壁的掘砌过程, 得到不同模型顶面埋深下井壁内外缘的环向应力均小于10^-6 MPa, 井壁位移均小于10^-7 m, 与理论值接近, 且本方法的模拟结果均优于传统方法, 表明本方法具有较好的可行性和较高的模拟精度。     

氧化石墨烯对隧道衬砌混凝土性能影响研究

氧化石墨烯作为一种新型功能材料,对水泥基材料有增强增韧的作用,隧道衬砌结构是沿隧道洞身用混凝土材料修建的永久性支护结构,由于特殊的服役环境,衬砌结构耐久性和力学性能比普通混凝土要求更高,且其耐久性主要体现在抗氯离子性能上。为提高衬砌结构性能,考虑在衬砌材料中添加不同掺量的氧化石墨烯,分别进行力学试验和抗氯离子渗透试验。试验结果表明：当氧化石墨烯掺量为0.03%时,混凝土28d抗压强度为55.93MPa（相比普通混凝土提高约30.77%）,28d抗折强度为10.90MPa（相比普通混凝土提高约21.92%）且抗氯离子性能也有明显的提高     

混凝土薄壁筒桩水平受力机理

对混凝土薄壁筒桩的水平承载能力按规范方法进行了现场试验,并用三维非线性有限元对其在水平荷载分级作用下桩体的变形、应力,钢筋应力及土体对桩体的水平反力等的变化规律进行了分析研究,两者结果相互验证．有限元分析中考虑了不同材料的材料特性、变形特性及桩与混凝土之间的相互作用．研究结果表明混凝土薄壁筒桩在水平荷载作用下表现为受弯混凝土构件的特性,在一定的地基条件下其承载能力主要取决于混凝土和钢筋的抗拉强度;同时表明用文中的方法分析混凝土薄壁筒桩的水平承载能力是可行的．     

硅粉路面混凝土强度特性

掺加矿物细掺料———硅粉是提高路面混凝土使用性能的有效途径。针对重载交通特点,运用正交试验方法,系统研究了硅粉路面混凝土的强度特性,分析了硅粉对混凝土强度的影响,并确定了最优配合比。结果表明,硅粉的掺入虽然对混凝土早期强度不利,但有利于后期强度的提高。在最优配合比条件下,硅粉路面混凝土28d的抗折强度达8.30MPa,而抗压强度达60.83MPa,完全能满足重载交通的要求。